Виды автоматизированных производств

Многопозиционный поворотный стол с одной позицией загрузки-выгрузки показан на рис. 19, ж. Многопозиционная система загрузки спутников при круговом расположении позиции загрузки-выгрузки приведена на рис. 19, з. В этом случае механизм перегрузки спутников поворотного типа. При линейном расположении позиций загрузки (рис. 19, и) каретка перегрузчика получает линейное перемещение вдоль позиций загрузки-выгрузки. Как при круговом, так и при линейном расположении позиций загрузки на спутниках могут быть установлены различные заготовки, и их обработка может производиться в любой требуемой последовательности.

Промышленные роботы

Промышленные роботы (ПР) являются универсальным средством комплексной автоматизации производственных процессов.

В настоящее время ПР используют в промышленном производстве для выполнения как технологических (пескоструйная обработка, нанесение лакокрасочных покрытий, точечная и шовная сварка, клепка, сборка и т. д.), так и вспомогательных операций (обслуживание прессов, молотов, металлорежущих станков, перегрузка и транспортирование материалов и заготовок и т. д.). Промышленные роботы позволяют интенсифицировать использование технологического оборудования, выравнивать и стабилизировать производительность отдельных станков, повышать сменность работы оборудования, уменьшать дефицит вспомогательного персонала и рабочих основного производства. Робот не утомляется, он практически нечувствителен к условиям труда. Моральное старение ПР происходит очень медленно, так как при смене объектов производства требуется только замена простой и недорогой оснастки и смена программы. Поэтому они могут многократно использоваться.

В зависимости от информационных возможностей ПР подразделяют на три поколения.

Роботы I поколения (с обучением) получили широкое применение в машиностроительной промышленности. Они обладают способностью запоминать программы выполнения разнообразных операций. Эти роботы имеют очень ограниченные возможности по восприятию рабочей среды и не могут адаптироваться к окружающей обстановке, для нормального функционирования требуют специальной ориентирующей оснастки. Работают по жесткой программе, что существенно упрощает их конструкцию, облегчает переналадку.

Роботы II поколения (адаптивные) с помощью сенсорных или тактильных датчиков воспринимают информацию о внешней среде. В них частично заложена организующая система управления, обучения и адаптации с использованием ЭВМ. Такие роботы имеют основную программу и подпрограммы, которые выбираются в зависимости от информации, полученной от внешней среды. Следовательно, такие роботы, имеющие ЭВМ или обслуживаемые ЭВМ, обладают «зрением» и «осязанием» и способны ориентироваться в окружающей обстановке.

Роботы III поколения (интеллектуальные) наделены искусственным интеллектом и обладают способностью самообучения. Они получили название «разумных» или «думающих» роботов и способны распознавать предметы в пространстве, вырабатывать планы решения поставленных перед ними задач и контролировать выполнение последних. В данном случае задается конечная цель работы, т. е. лишь алгоритм поиска. Информационные возможности роботов III поколения значительно выше, чем роботов П поколения. Для управления интеллектуальными роботами требуются средства вычислительной техники, часто большие ЭВМ.

По степени универсальности различают промышленные роботы: универсальные, предназначенные для выполнения комплекса как основных, так и вспомогательных операций, независимо от типа производства с автоматической сменой захватного устройства и обладающие наибольшим числом степеней подвижности;

специализированные, служащие для выполнения технологических операций определенного вида или обслуживания оборудования определенного класса (производство кузнечное, литейное, механосборочное и т. д.) g автоматической сменой захватного устройства и обладающие ограниченным числом степеней подвижности;

специальные, предназначенные для выполнения только определенных технологических операций или обслуживания конкретного оборудования по строго зафиксированной программе и обладающие одной -- тремя степенями подвижности.

По характеру выполняемых операций различают ПР:

операционные, непосредственно выполняющие операции технологического процесса (окраска, сварка, клепка, сборка и т. п.);

транспортные или обслуживающие, выполняющие вспомогательные переходы или операции перемещения (взять -- перенести -- установить и т. д.) при обслуживании технологического оборудования» конвейерных линий и складов.

В зависимости от характера конструктивного исполнения и связи со станком бывают ПР стационарные (напольные), подвесные (устанавливаемые непосредственно на станке, подвешенные на специальной опоре портального или консольного типа) и передвижные.

По грузоподъемности ПР делятся (ГОСТ 25204--82) на сверхлегкие (0,08--1,0 кг), легкие (1,25--10 кг), средние (12,5--200 кг) и тяжелые (250--1000 кг).

В зависимости от типа силового привода рабочих органов различают ПР с гидроприводом, пневмоприводом, электроприводом и комбинированным приводом.

Роботы разделяют также в зависимости от системы координат, в которой они работают: декартовой (прямоугольной), цилиндрической, сферической и смешанной.

Рис. 20 Схема промышленного робота «Циклон»

Пневматические приводы (двигатели, цилиндры и т. д.) обладают высокой надежностью, просты в управлении, дешевы, пожаробезопасны и т. д. Их недостатки -- трудность обеспечения постоянной скорости перемещения и точности позиционирования, низкая мощность, необходимость смазывания и защиты от коррозии.

Гидравлические приводы (цилиндры, однолопастные гидродвигатели, электрогидравлнческие шаговые двигатели и др.) легки, компактны, позволяют использовать высокое давление, обладают высокой частотой собственных колебаний. Они позволяют просто регулировать давление, расход, усиливать мощность и т. д.

Рис. 21 Узел привода поворота ПР фирмы «РЕНО» (Франция):

1 -- гидромотор; 2 -- генератор волн; 3 -- платформа, к которой крепится основание робота; 4 -- гибкое колесо; 5 -- жесткое колесо

Основными формами движений в ПР являются поворот, разворот, качание, изгиб и прямолинейные движения. Все эти движения могут быть осуществлены с помощью электродвигателя в сочетании с редуктором или с шариковой винтовой парой, а также с помощью гидравлических и пневматических приводов. Редукторы, используемые в системах привода роботов, должны иметь: малый боковой зазор или малую кинематическую погрешность и высокую точность позиционирования; постоянство угловой скорости без пульсаций; малые габаритные размеры и массу, а также высокую допустимую нагрузку по моменту.

Для удовлетворения этим требованиям во многих конструкция к ПР применяют электрические и гидравлические приводы в сочетании с волновыми редукторами. Так, на рис. 21 показан узел привода поворота робота фирмы «Рено» (Франция). Использованием гидравлического сервопривода в зонах высоких скоростей и низкого крутящего момента достигается легкость управления, а в сочетании с зубчатой передачей- высокая точность поворота.

Особенности проектирования систем управления ГПС

Состав и структура ГПС определяются содержанием выполняемого производственного процесса, который формируется на основе: конструктивно-технологических параметров обрабатываемых изделий, номенклатуры и годовой программы их выпуска; состава и организации технологической подсистемы (серийного или специально разработанного технологического оборудования, обеспечивающего обработку заготовок, их мойку, сушку, контроль); состава и организации подсистем транспортирования изделий, приспособлений и режущего инструмента; складской подсистемы, обеспечивающей прием, хранение, выдачу и учет заготовок, готовых изделий и режущего инструмента; вспомогательной подсистемы, выполняющей уборку отходов производства, энергетическое и материальное обеспечение, техническое обслуживание и ремонт.

Построение структуры управления ГПС, включающей в себя управляющий вычислительный комплекс и соответствующее программное обеспечение, представляет собой сложную многопараметрическую задачу. При ее решении учитываются следующие факторы: структура и функции технологического оборудования; степень автономного управления; гибкость структур обработки информации; рациональность и эффективность средств контроля функционирования всех объектов управления; эффективность алгоритмического и программного обеспечения; потребность в моделировании, отладке и испытаниях системы управления и др.

Рис. 22. Структурная схема управления ГПС, построенной на основе РТК

Структуру управления проектируемой ГПС целесообразно создавать по иерархическому принципу в виде набора относительно автономных систем управления с широко варьируемыми дополнениями и связями, способными к последующему наращиванию. При этом относительно автономные станочные модули должны самостоятельно принимать решения при выполнении заданных функций; при наличии многоуровневой организации управления каждый уровень управляет низшим и подчиняется высшему; автономное функционирование каждого уровня продолжается до тех пор, пока его действия не станут противоречить собственной УП или командам высших уровней.

На рис. 22 показана структурная схема системы управления ГПС, включающей в себя в качестве технологической подсистемы n-е число РТК и имеющей четырехуровневую структуру управления.

Самый верхний IV уровень -- диспетчер системы, который задает обобщенную программу выпуска и контролирует работу каждого РТК, входящего в ГПС. На этом уровне готовится алгоритмическое и программное обеспечение, а также планируются технологический процесс обработки и управление.

На III уровне универсальная ЭВМ с большой памятью и высоким быстродействием управляет автоматизированным складом и транспортными потоками ГПС, формирует состав программ для управления низшим уровнем, обеспечивая ритмичность производства при смене номенклатуры обрабатываемых заготовок.

Информационно-управляющая часть на II уровне включает в себя управляющую ЭВМ, в памяти которой содержится набор программ управления РТК, устройства технического диагностирования и контроля качества обрабатываемых заготовок и др.

В низший I уровень системы управления ГПС входят УЧПУ отдельными станками РТК. По каналам связи с управляющей ЭВМ II уровня устройства ЧПУ выбирают и корректируют управляющие программы для обработки конкретных заготовок.

Таким образом, при иерархической организации системы управления ГПС имеет место как бы восходящий информационный поток, параметры которого на каждом вышестоящем уровне обобщаются, или нисходящий информационный поток, параметры которого на каждом нижележащем уровне детализируются.

Взаимодействие информационных потоков в системе управления ГПС, а также набор и значение параметров определяются на этапе разработки программного обеспечения.

Программное обеспечение системы управления ГПС состоит из двух частей: стандартного или базового программного обеспечения, поставляемого вместе с выбранной управляющей вычислительной техникой, а также прикладного, разрабатываемого для обеспечения функционирования конкретно проектируемой ГПС.

Алгоритм функционирования ГПС, реализованный в виде программ, введенных в запоминающее устройство ее системы управления, в общем виде должен обеспечить максимальную загрузку технологического оборудования при изготовлении изделий запланированной номенклатуры с учетом различных непредсказуемых ситуаций: выхода из строя станка, поломки инструмента, отсутствия в данный момент нужных заготовок и т. п. Для осуществления такого заранее неопределенного цикла работы ГПС ее система управления должна иметь возможность хранить в своей памяти модель ГПС, отражающую текущее состояние ГПС, позволяющую как бы следить за прохождением заготовки от станка к станку и изменять соответствующим образом свой частный алгоритм работы по внешним сигналам от устройств, регистрирующих изменение ситуации на ГПС или в простейшем случае невыполнение каких-либо заданных операций.

Литература

1. Кузнецов М.М. Проектирование автоматизированного производственного оборудования, М.:«Машиностроение».

2. Р. Асфаль Роботы и автоматизация производства. М.:1998г. «Машиностроение», перевод с английского М.Ю. Евстигнеева.

3. Проников А.С. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем. М.:»Машиностроение» 1995г.

4. Васильев Г.Н. Оптимальное проектирование станочных систем. Известия ВТУЗов-М.: «Машиностроение» 1987-№10